どうして氷は水に浮くの? 猫のタイガー

アインシュタイン博士のペット、猫のタイガーとして、博士と一緒にこの不思議を探る冒険をしてみましょう。お題「子どもの頃に勘違いしていた、ちょっと恥ずかしいこと」
博士がキッチンでお茶を飲んでいるとき、グラスに氷を入れていました。私はその氷が水に浮かんでいるのをじっと見つめていました。「ニャー?」と不思議そうな顔をしている私に、博士が笑いながらこう言いました。「タイガー、どうして氷が水に浮くのか知りたいかい?これには水の特別な性質が関係しているんだよ」。
博士はまずこう教えてくれました。「タイガー、普通は固体(例えば鉄や石)は液体よりも重くなるんだ。でも、水の場合は特別なんだよ。氷(水の固体)は液体の水よりも軽いから浮くんだ」。
私は「ニャー!(えっ、水だけ特別なの?)」と驚きました。
博士はさらに詳しく説明してくれました。「タイガー、水が特別なのは、その分子(H₂O)の形と動き方に秘密があるんだよ」。
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水分子は「酸素(O)」と「水素(H)」からできています。
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液体の状態では、水分子たちは自由に動き回っています。
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でも、冷やされて氷になると、水分子たちがきれいに並んで六角形の形(結晶構造)を作るんだ。
「この六角形の構造にはたくさん隙間ができるから、氷は液体の水よりも軽くなるんだよ」と博士。
次に博士は「密度」という言葉を教えてくれました。「タイガー、密度というのは『物質がどれくらい詰まっているか』ということなんだよ」。
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液体の水では分子がぎゅっと詰まっているので密度が高い。
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氷になると分子が六角形になり隙間が増えるので密度が低い。
「だから、氷は水よりも軽くなって浮かぶんだ」と博士。
私は「ニャー!(なるほど!)」と思いました。
博士はさらに面白いことを教えてくれました。「タイガー、もし氷が沈む性質だったら地球はどうなっていただろうね?」
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冬になると湖や川の表面から凍ります。でも、氷が沈むなら底から凍り始めてしまいます。
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そうすると冬の間に湖全体が凍りついてしまい、水中の生き物たちが生きていけなくなります。
「でも幸運なことに、氷は浮くから湖や川では表面だけ凍り、中の水は温かさを保てるんだよ。これのおかげで魚たちも冬を越せるんだ」と博士。
私は「ニャー!(自然ってすごい!)」と感心しました。
博士は私にもわかる簡単な実験を教えてくれました。「タイガー、お家でもこの不思議を確かめられるよ!」
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コップに水を入れて、小さな氷を浮かべてみよう。
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次に油(サラダ油など)を用意して、その中に氷を入れてみよう。
「油では氷が沈むこともあるよ。これは油の密度が水より低いためなんだ」と博士。私は「ニャー!(面白そう!)」と思いました。
こうして私は、「どうして氷が水に浮くのか」を知りました。それには水分子の特別な性質や密度という考え方が関係していたんですね!
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氷(水の固体)は液体よりも密度が低いため、水に浮く。
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水分子は冷えると六角形の結晶構造になり、この構造には隙間ができる。
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氷が浮くおかげで湖や川では冬でも生き物たちが生きられる環境が保たれる。
博士のお話のおかげで、「ただ当たり前」と思っていたことにも深い理由や仕組みがあることに気づきました!みんなもぜひ身近なもの(例えば氷や水)で実験して、「どうして?」と思う気持ちから科学への冒険を始めてみてくださいね!